JCEEA, t. XXXI, z. 61 (3/I/14), lipiec-wrzesień 2014, s. 347-359
Sandra TAMAKA1
WPŁYW PRZEPUSZCZALNOŚCI GRUNTU NA STATECZNOŚĆ NASYPU KOLEJOWEGO
Woda, która pojawia się w obszarze nasypu kolejowego lub drogowego wywiera ogromny wpływ na stan techniczny budowli, zwłaszcza na jego stateczność. W ar- tykule przedstawiono przyczyny obecności wody w sąsiedztwie budowli ziemnych pochodzenia naturalnego (związanego z obiegiem wody w przyrodzie) oraz spo- wodowanej działalnością człowieka. Wskazano główne przyczyny powstawania zalewisk na terenach górniczych. Przedmiotem numerycznej analizy był model 2D rzeczywistego nasypu kolejowego, którego geometrię oraz parametry materiałowe przyjęto na podstawie udostępnionej dokumentacji projektowej. W trakcie analizy, wykonanej w programie Z_Soil, badano stateczność nasypu, wariantując warunki jego funkcjonowania (praca nasypu w przypadku braku wpływu wody na kon- strukcję ziemną oraz w warunkach podtopienia). Wobec stwierdzonej niestatecz- ności nasypu w warunkach suchych, opracowano koncepcję wymiany gruntu. Na- stępnie oszacowano stateczność tak wzmocnionego nasypu w warunkach podto- pienia. Z uwagi na degradujący wpływ wody na nasyp przeanalizowano możli- wość poprawy jego stateczności przez zastosowanie materiałów o różnej przepusz- czalności oraz różnych modułach odkształcenia. Nasypy budowane z materiału bardziej przepuszczalnego wymagają uzyskania wyższego modułu odkształcenia.
Wyniki analiz przedstawiono w postaci wektorów przepływu oraz map przemiesz- czeń i naprężeń.
Słowa kluczowe: nasyp kolejowy, podtopienie, model numeryczny, współczynnik stateczności, współczynnik przepuszczalności
1. Zagrożenie nasypów podtopieniem
1.1. Wstęp
W odpowiedzi na coraz to większe zapotrzebowanie na transport, inżynie- rowie często stoją przed trudnym wyzwaniem, jakim jest wybór najkorzystniej- szego wariantu przebiegu dróg (kołowych i szynowych), zarówno pod wzglę- dem bezpieczeństwa użytkowników i środowiska naturalnego, ale również opła- calności z punktu widzenia ekonomii.
1 Autor do korespondencji: Sandra Tamaka, Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa, 44-100 Gliwice, ul. Akademicka 5, Sandra.Tamaka@polsl.pl
Z uwagi na szybki rozwój urbanizacji oraz stale powiększające się obszary degradacyjnego wpływu górnictwa podziemnego i odkrywkowego, inżynierowie coraz częściej zmuszani są do wyboru „trudnych geologicznie” terenów pod za- budowę.
Do takich lokalizacji zaliczane są obszary zalewowe, w których nasypy ko- lejowe często pełnią dodatkową funkcję ochronną i z tego względu są wznoszo- ne jako budowle hydrotechniczne. Skomplikowane i ciężkie warunki gruntowo- wodne pociągają za sobą konieczność stosowania nowoczesnych metod projek- towych i zaawansowanych technologii budowania.
W praktyce inżynierskiej najczęściej mamy do czynienia z dwiema sytu- acjami projektowymi. Pierwsza z nich dotyczy projektowania nowego obiektu w wybranej, najkorzystniejszej lokalizacji. Projekt ten uwzględnia zakładane warunki pracy budowli, w tym warunki posadowienia, obciążenia oraz przewi- dywany okres eksploatacji. Nowobudowane nasypy kolejowe są zabezpieczane przed negatywnym wpływem wody.
Trudniejsza sytuacja projektowa występuje, gdy warunki eksploatacji już istniejącego i użytkowanego obiektu zmieniają się na bardziej niekorzystne. Bu- dowla, która z założenia była przygotowana do przenoszenia mniejszych obcią- żeń (nieuwzględniających wpływu wody zalewowej), często w nowych okolicz- nościach nie może być użytkowana, ponieważ zagraża to życiu jej użytkowni- ków, a bezpośrednio, bezpieczeństwu samej konstrukcji. W takiej sytuacji nale- ży rozpatrzyć możliwości
a) przywrócenia warunków, na które budowla była projektowana (np. po- przez zmniejszenie obszaru zlewni
b) przebudowy obiektu, by poprawić jego parametry techniczne i użytko- we, które umożliwią ponowne, bezpieczne użytkowanie nasypu.
1.2. Główne przyczyny obecności wody w obszarze nasypu kolejowego Na stan konstrukcji nasypu kolejowego ogromny wpływ ma woda, któ- ra pojawia się w jego obszarze z przyczyn naturalnych i losowych (powodzie) oraz woda, której napływ powodowany jest działalnością człowieka.
1.2.1. Przyczyny naturalne
Naturalna obecność wody w obszarze budowli ziemnej związana jest z jej obiegiem w przyrodzie. Woda ta występuje jako [2]:
a) woda atmosferyczna (deszcz, śnieg, mgła), która zasila wody po- wierzchniowe i podziemne,
b) woda powierzchniowa (zarówno słona jak i słodka), występująca na po- wierzchni Ziemi,
c) woda podziemna, znajdująca się pod powierzchnią ziemi, wypełniająca pustki, szczeliny i pory skalne.
Opady atmosferyczne mają znaczący wpływ na trwałość konstrukcji nasy- pów kolejowych, w zależności od ich intensywności oraz czasu trwania opadu.
Średnie roczne sumy opadów w Polsce oscylują w granicach 600 mm [5].
Opady atmosferyczne zasilają wody powierzchniowe, a te mogą stanowić przeszkodę w budowie nowych tras komunikacyjnych. Według Ministerstwa Infrastruktury [6] szacuje się, że do roku 2030 może wystąpić prawie 5 tys. koli- zji linii kolejowych z ciekami i zbiornikami wodnymi. Przeszkody znajdujące się w ciągu tras komunikacyjnych nie zawsze pokonywane są przy pomocy wznoszonych w tym celu obiektów inżynieryjnych. Zdarzają się sytuacje, w któ- rych ruch kołowy prowadzony jest nasypem przez wody powierzchniowe.
Ilość wody przypadająca na kilometr linii kolejowej związana jest z wielko- ścią odpowiadającej zlewni. Zazwyczaj są to niewielkie ilości, które nie zagraża- ją bezpośrednio stateczności konstrukcji. Nasypy kolejowe budowane są w taki sposób, by ewentualne szkody wywołane wodami pochodzenia naturalnego były łatwe do naprawy, szybkie i stosunkowo niedrogie.
Zdarzają się jednak sytuacje, gdy ilość wody pochodzącej z opadów lub roztopów jest tak duża, iż dochodzi do powstania powodzi. Taka sytuacja miała miejsce w 2010 roku w Radomierzycach, gdzie woda wymyła nasyp kole- jowy na odcinku 30-40 m [13].
1.2.2. Przyczyny obecności wody w obszarze nasypu kolejowego związane z działalnością człowieka
Ogromny wpływ na zmiany zachodzące w przyrodzie, a w tym w gospo- darce wodnej, odgrywa działalność człowieka, niejednokrotnie podyktowana koniecznością poprawy własnego bezpieczeństwa oraz chęcią polepszenia wa- runków bytowych.
Powszechnie budowane są poldery (suche zbiorniki na wodę), zapory i zbiorniki retencyjne, w celu zabezpieczenia miejsc zamieszkania lub groma- dzenia zapasów wody na wypadek suszy. Przykładem może być powstający w tej chwili przeciwpowodziowy zbiornik Racibórz Dolny na rzece Odrze, któ- rego zadaniem będzie ochrona terenu w dolinie Odry od Raciborza do Wrocła- wia.
Dodatkowo wykonuje się sztuczne przerzuty wody między dorzeczami oraz reguluje przepływy wód w rzekach. Działania te bezpośrednio wpływają na strukturę obiegu wody w przyrodzie i mogą powodować lokalne osuszanie terenów podmokłych lub nawadnianie obszarów wcześniej suchych.
Kolejnym przykładem działań, których skutki mają niekorzystny wpływ na warunki wodne jest podziemna eksploatacja górnicza. Wydobyciu kopalin użytecznych towarzyszą deformacje powierzchni terenu, o charakterze ciągłym i nieciągłym [9], z którymi związane są zmiany warunków hydrogeologicznych.
Jednym z objawów tych zmian jest wystąpienie nieraz bardzo rozległych obszarów podtopień, których główną przyczyną są obniżenia terenu w postaci
niecek obniżeniowych. W takich miejscach może gromadzić się woda opadowa i roztopowa [Rys.1]. Jeżeli w zasięgu niecki obniżeniowej znajduje się nasyp, może on zostać podtopiony lub nawet zalany. Często w takich sytuacjach ko- nieczne jest wybudowanie przepustu, który umożliwi przeprowadzenie wody napływowej z jednej strony nasypu na drugą.
Na obszarach objętych szkodami górniczymi dochodzi także do tzw. pozor- nego podwyższenia poziomu wód gruntowych [Rys. 2]. Powstają niecki obniże- niowe, które swoim zasięgiem wykraczają poza kontur eksploatacji górniczej [9]. Na skutek wydobycia kopalin w górotworze tworzą się pustki zwane wyro- biskami [8]. W zależności od stosowanego systemu zabezpieczeń stropu przed załamaniem (lub jego braku – tzw. eksploatacja z zawałem), w różnym stopniu dochodzi do jego pionowego przemieszczenia i w konsekwencji obniżenia tere- nu na powierzchni (w).
W zależności od tego jak bardzo w stosunku do poziomu wody obniży się teren, można spotkać się albo z zawilgoceniem gruntu, albo z wypłynięciem wo- dy powyżej poziomu dna niecki obniżeniowej, czyli z podtopieniem [Rys.2]
Rys. 1. Spływ wody deszczowej do najniż- szego punktu
Fig. 1. The rain water flows over the ground to the lowest point
Rys. 2. Powierzchnia terenu poniżej poziomu wody gruntowej – podtopienie
Fig. 2. The surface of the area below the level of ground water – flooding
2. Ocena wpływu wody na stateczność nasypu kolejowego na podstawie analizy numerycznej
Wpływ wody na stateczność zboczy sprawdzono na podstawie analizy MES dwóch modeli tego samego przekroju nasypu kolejowego linii dwutorowej:
a) model nr 1 - parametry gruntów budujących nasyp są zgodne z doku- mentacją geologiczno-inżynierską,
b) model nr 2 - nasyp zbudowany z gruntów gwarantujących jego statecz- ność w normalnych warunkach pracy.
Obliczenia przeprowadzono przy użyciu studenckiej wersji geotechnicznie zorientowanego programu Z_Soil 2011 Student, który umożliwia m.in. określać nośność i stateczność budowli ziemnych, rozpatrywać wpływ deformacji górni- czych na te budowle i badać przebieg przepływu cieczy. Z uwagi na liniowy charakter nasypu kolejowego, zdecydowano się na opracowanie odwzorowują- cych go numerycznych modeli jako dwuwymiarowych (płaski stan odkształce- nia.
2.1. Geometria przekroju
W obydwu przypadkach obliczeniowych, numeryczne modele nasypu kole- jowego [Rys. 3] zostały wykonane na podstawie dokumentacji geologiczno- inżynierskiej [1]. Zachowane zostały: kształt przekroju nasypu (w tym niesyme- tryczność skarp), jego wysokość i szerokość, a także nierówność poprzeczna torowiska.
2.2. Parametry materiałowe
W wykonanych modelach [10] uwzględniono, zgodnie z dokumentacją, warstwową budowę podłoża oraz nasypu kolejowego odwzorowując położenie poszczególnych warstw i ich wzajemny układ, miąższości oraz parametry geo- techniczne [Tabela 1].
Z uwagi na brak danych w dokumentacji na temat właściwości filtracyjnych gruntów nasypu oraz podłoża, w analizie posłużono się orientacyjnymi dla okre- ślonego rodzaju gruntu, wartościami współczynników filtracji Darcy’ego we- dług [11], zestawionymi w tabeli 1.
Rys. 3. Przekrój geotechniczny nasypu kolejowego; opis w tekście i w tabeli 1 [10]
Fig. 3. Geotechnical section of railway embankment [10]
Tabela 1. Zestawienie parametrów geotechnicznych (na podstawie [7, 11]) Table 1. Summary of geotechnical parameters (based on [7, 11])
Oznaczenie warstwy geotechnicznej
Rodzaj gruntów
Gęstość Ciężar objętościo-
wy
Kohezja
Kąt tarcia wewnętrz-
nego
Edome- tryczny moduł ściśliwości
Współ- czynnik Darcy’ego
ρ [t m-3]
γ cu [kPa]
фu
[°]
Mo
[MPa]
Ky’ Kx’ 1 Nl tłuczeń kolejowy 2,241) 22,0 50,0 39,0 323,12) 1503) 2 nllc-a piasek gliniasty
oraz pospółka 2,15 21,09 16,1 14,5 28,1 0,1 3 nllc-b4) glina piaszczysta 2,10 20,6 22,1 16,4 37,2 0,01 4 nllc-b5) glina piaszczysta 2,10 20,6 22,1 16,4 37,2 0,2
5 nlb-2b
piasek średni z domieszkami i przewarstwienia- mi
1,70 16,68 2,0 32,2 101,5 10
6 lb-2a
piaski średnie i grube z domiesz- kami
i przewarstwienia- mi
1,70 16,68 2,0 32,4 79,3 10
7 lb-2b
piaski średnie i grube z domieszkami i przewarstwienia- mi
1,70 16,68 2,0 33,1 96,3 10
8 Vllb zwietrzeliny glinia-
ste 2,00 19,62 11,6 24,0 24,0 13)
9 Vllc zwietrzeliny glinia-
ste 2,10 20,60 14,5 26,1 42,2 13)
10 IX dolomit, łupek,
piaskowiec 1,971) 19,3 5,0 34,4 114,62) 0,0001
1) wartość wyznaczona z zależności: ,
2) z powodu braku danych przyjęto moduł odkształcenia E0 [MPa],
3) z powodu braku danych przyjęto wartość orientacyjną [11],
4) dotyczy modelu nasypu z wymienionym gruntem (opis w pkt. 2.5),
5) dotyczy opcji nasypu z wymienionym materiałem na bardziej przepuszczalny (opis w pkt. 2.5)
2.3. Model konstytutywny gruntu w podłożu i nasypie
W numerycznej analizie wpływu podtopienia na nasyp kolejowy gruntowe warstwy podłoża i nasypu modelowano przy użyciu sprężysto-idealnie plastycz- nego modelu Coulomba-Mohra, którego powierzchnia plastyczności opisana jest w postaci [3]:
(1)
gdzie F( ’) jest skalarową funkcją wektora naprężenia efektywnego.
Model ten należy do najpopularniejszych, głównie z powodu łatwości iden- tyfikacji jego parametrów, w tym: modułu sprężystości E, współczynnika Pois- sona, kąta tarcia wewnętrznego oraz kohezji.
2.4. Dyskretyzacja, warunki brzegowe i początkowe
Numeryczny model nasypu 2D zbudowano przy użyciu elementów typu continuum, stosując elementy trój- i czterowęzłowe. Liczba węzłów w modelu:
3669, liczba elementów: 3509.
Formułowanie warunków brzegowych i początkowych polegało na wyzna- czeniu sposobu podparcia i obciążenia modelowanego masywu gruntowego.
Zadane warunki początkowe, związane z geometrią nasypu i wyznaczeniem stref materiałowych, bezpośrednio charakteryzują naprężenia pierwotne wystę- pujące w masywie. Określenie warunków brzegowych to odpowiednie zamoco- wanie brzegowych węzłów obszaru. Na pionowych brzegach modelu wprowa- dzono podpory przegubowo-przesuwne, umożliwiające swobodne pionowe przemieszczenie, oraz podpory przegubowo-nieprzesuwne na dolnej jego kra- wędzi.
Rys. 4. Zadane warunki początkowe i brzegowe, podział na elementy skończone; opis w tekście [10]
Fig. 4. Initial and boundary conditions, the division into finite elements [10]
Na nasyp kolejowy przyłożono obciążenie równomiernie rozłożone na całej szerokości podsypki o wartości 40 kN/m2. Dodatkowo wprowadzono obciążenie w postaci parcia wody na prawą skarpę nasypu. Na rysunku 4. przedstawiono fragment wykonanego modelu wraz z nałożoną siatką elementów skończonych i przyłożonym obciążeniem.
2.5. Program analizy, prezentacja i dyskusja wyników
Punktem wyjścia do rozważań na temat wpływu wody na stateczność nasy- pu w zależności od współczynnika przepuszczalności była analiza modelu nasy-
pu w warunkach suchych bez przyłożonego obciążenia w postaci parcia wody.
Zgodnie z [4, 12] współczynnik stateczności SF podtorza powinien wynosić co najmniej:
a) 2,0 – dla podtorza nowobudowanego i dobudowywanego, b) 1,5 – w eksploatacji,
c) 1,3 – bezpośrednio po naprawie podtorza.
Uzyskane wyniki wskazały na niewystarczającą stateczność prawego zbo- cza, ponieważ wyznaczona wartość współczynnika stateczności SF wyniosła 1,46.
Z tego względu, do dalszej analizy postanowiono posłużyć się modelem na- sypu, którego geometria nie ulegnie zmianie, natomiast materiał budujący nasyp zostanie wymieniony na grunt o lepszych parametrach, tzn. gwarantujących sta- teczność budowli w warunkach suchych [patrz tabela 1]. Nowy grunt (glina piaszczysta) charakteryzuje się większym kątem tarcia wewnętrznego, wyższą wartością edometrycznego modułu ściśliwości i jest bardziej spójny w stosunku do pierwotnie występującego materiału.
Po zmianie materiału budującego nasyp na glinę piaszczystą, uzyskano wy- raźną poprawę stateczności skarpy nasypu – współczynnik stateczności skarpy nasypu w warunkach suchych wyniósł 1,71.
Kolejny etap analizy polegał na wykonaniu i sprawdzeniu stateczności na- sypu pracującego w warunkach podtopienia [Rys. 5]. Prawą skarpę wcześniej wykonanego modelu nasypu (w całości wykonanego z gliny piaszczystej) do- datkowo obciążono parciem wody.
W wyniku oddziaływania wody, nasyp, który w warunkach suchych wyka- zywał wystarczającą stateczność, w warunkach podtopienia okazał się niesta- teczny, a uzyskany współczynnik stateczności SF wyniósł 1.
Rys. 5. Program analizy Fig. 5. Stages of the analysis
E ≈ 43 MPa
Iteracyjne poszukiwanie modułu E gruntu, przy którym nasyp staje się stateczny Model numeryczny nasypu kolejowego
Materiał budujący nasyp wg tabeli 1., wiersz czwarty Warunki pracy: podtopienie E ≈ 47 MPa
Iteracyjne poszukiwanie modułu gruntu E, przy którym nasyp staje się stateczny Nasyp nie jest wystarczająco stateczny;
SF = 1
Model numeryczny nasypu kolejowego
Materiał budujący nasyp wg tabeli 1., wiersz trzeci Warunki pracy: podtopienie Wyniki obliczeń: nasyp po wymianie gruntu, w warunkach suchych jest stateczny;
SF = 1,71
Model numeryczny nasypu kolejowego
Materiał budujący nasyp wg tabeli 1., wiersz trzeci Warunki pracy: suche Wymiana materiału budującego nasyp (tabela 1., wiersz drugi)
Nasyp nie jest wystarczająco stateczny;
SF = 1,46
Model numeryczny nasypu kolejowego
Parametry materiałowe wg dokumentacji Warunki pracy: suche
Jednym z efektów wykonanej analizy numerycznej są mapy przepływów wody przez nasyp. Na rys. 6. przedstawiono wektory przepływu wody. Można zauważyć, iż woda najswobodniej przepływa przez warstwy podłoża, które zbu- dowane są z piasku średniego i grubego. Są to warstwy, które charakteryzują się wyższym współczynnikiem filtracji niż materiał, z którego zbudowano nasyp.
Rys. 6. Wektory przepływu wody – lewa skarpa[10]
Fig. 6. Velocity vectors – the left slope [10]
Dodatkowo zdecydowano sprawdzić, jaką wartością modułu odkształcenia powinien wykazywać grunt nasypu (przy zachowaniu pozostałych parametrów geotechnicznych), tak by konstrukcja była stateczna. W kolejnych krokach itera- cyjnych określono graniczną wartość modułu, która wyniosła około 47 MPa.
Jest to wartość wyższa od wcześniej przyjmowanej (E = 37,2 MPa). W wykona- nej analizie z zastosowaniem wyższego modułu odkształcenia wartość współ- czynnika stateczności wyniosła SF = 2,2.
W kolejnych etapach analizy wykonano sprawdzenie, jaki wpływ na sta- teczność konstrukcji pracującej w warunkach podtopienia ma przepuszczalność materiału budującego nasyp. Rozpatrzono sytuację, w której wymieniony mate- riał nasypu jest bardziej przepuszczalny, tzn. cechuje go wyższy współczynnik filtracji, Kx’ = Ky’ = 0,2 (patrz tabela 1.), przy zachowaniu wartości pozostałych parametrów geotechnicznych.
Na podstawie wygenerowanych przez program Z_Soil map przemieszczeń [Tablica 1.], można zauważyć, iż nasyp, który zbudowany jest z bardziej prze- puszczalnego materiału (B) wykazuje większe przemieszczenia pionowe, prze- mieszczenia poziome zgodne z kierunkiem przepływu wody również są większe.
Wartości bezwzględne naprężeń pionowych w porównaniu do naprężeń wystę- pujących w nasypie zbudowanego z materiału mniej przepuszczalnego (A) są mniejsze.
Pomimo zastosowania materiału o wyższym współczynniku filtracji, zbo- cze nasypu w dalszym ciągu pozostaje niestateczne, współczynnik SF jest równy 1.
Tabela 2. Zestawienie parametrów geotechnicznych [na podstawie 7, 11]
Table 2. Summary of geotechnical parameters [based on 7, 11]
WARUNKI PRACY: PODTOPIENIE A) Grunt nasypu mniej przepuszczalny: Kx’ = Ky’ = 0,01, B) Grunt nasypu bardziej przepuszczalny: Kx’ = Ky’ = 0,2.
uy/x max/min – wartość maksymalnego/minimalnego przemieszczenia pionowe-
go/poziomego,
y/x max/min – wartość maksymalnego/minimalnego naprężenia pionowego/poziomego.
MAPY PRZEMIESZCZEŃ PIONOWYCH A)
uy,max = 0,62 mm uy,min = -7,19 mm
B)
uy,max = 0,88 mm uy,min = -7,98 mm
MAPY PRZEMIESZCZEŃ POZIOMYCH A)
ux,max = 1,84 mm ux,min = -3,29 mm B)
ux,max = 2,45 mm ux,min = -3,81 mm
MAPY NAPRĘŻEŃ PIONOWYCH A)
y,max= 3,98 kN/m2
y,min= -107,17 kN/m2 B)
y,max= 6,45 kN/m2
y,min= -106,76 kN/m2
W tym przypadku również postanowiono sprawdzić, jaka wartość modułu gruntu budującego nasyp będzie gwarantować jego stateczność. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń oszacowano, iż graniczna wartość moduł odkształ- cenia wynosi około 43 MPa.
Porównując wyznaczone w obu przypadkach minimalne wartości modułów odkształcenia gruntu, przy których nasyp staje się stateczny, można zauważyć, iż stosowanie gruntu mniej przepuszczalnego wymaga, by charakteryzował się on modułem odkształcenia o większych wartościach. Taka zależność wyznacza kierunek dalszych poszukiwań materiałów, z których będą budowane nasypy narażone na podtopienie. Stosowane materiały powinny być wystarczająco prze- puszczalne dla wody, dostatecznie nośne i mało odkształcalne. Poszukiwania odpowiednich rozwiązań spełniających powyższe wymagania stanowi zatem szerokie pole do dalszych badań naukowych z zastosowaniem metod numerycz- nych.
Literatura
[1] Dokumentacja geologiczno – projektowa linii kolejowej E30 Jaworzno Szczakowa – Trzebinia w km 27+800 linii 133
[2] Glinicki P. S.: Geotechnika Budowlana, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok 1990 r.
[3] Gryczmański M.: Wprowadzenie do opisu sprężysto-plastycznych modeli gruntów, Polska Akademia Nauk, Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej Instytut Podstawo- wych Problemów Techniki, Warszawa 1995 r.
[4] Instytut Techniki Budowlanej: Wymagania techniczne dla obiektów budowlanych wznoszonych na terenach górniczych, Instrukcje, Wytyczne, Poradniki nr 364-2007.
[5] Madej J.: Metody sprawdzania stateczności zboczy, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności WKŁ. Warszawa 1981 r.
[6] Ministerstwo Infrastruktury: Prognoza oddziaływania na środowisko projektu master planu dla transportu kolejowego w Polsce do 2030 roku, Warszawa, sierpień 2008 r.
[7] Pisarczyk S.: Grunty nasypowe. Właściwości geotechniczne i metody ich badania, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 2004 r.
[8] Rosikoń A.: „Budownictwo komunikacyjne na terenach objętych szkodami górni- czymi”. Wyd. Komunikacji i Łączności WKŁ, Warszawa 1979 r.
[9] Strycharz B. i in.: Funkcjonowanie nawierzchni drogowych w warunkach górniczych deformacji terenu. Materiały 52. Konferencji Naukowej Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN i Komitetu Nauki PZITB „Krynica 2006”, T.4, Gdańsk – Krynica, 2006 r
[10] Tamaka S.: Modelowanie numeryczne nasypu kolejowego zagrożonego podtopie- niem. Materiały konferencji doktorantów „Wiedza i eksperymenty w budownictwie”, Wyd. Pol. Śl., Gliwice 2014 r.
[11] Zydroń T.: Orientacyjne wartości współczynników filtracji. Materiały pochodzące ze strony internetowej Katedry Inżynierii Wodnej i Geotechniki, Uniwersytetu Rol- niczego w Krakowie:
http://149.156.33.48/~tymzydr/wsp_k10.pdf (dostęp 28.02.2013 r.).
[12] Załącznik do zarządzenia Nr 9/2009 Zarządu PKP Polskie Linie Kolejowe S.A.
z dnia 4 maja 2009 r. - Warunki utrzymania podtorza kolejowego; Id-3, Warszawa 2009 r.
[13]http://www.gazetalubuska.pl/apps/pbcs.dll/article?AID=/20100809/POWIAT/18163 9558&template=artpicture§ioncat=artpicture (dostęp 08.09.2012r.).
THE INFLUENCE OF PERMEABILITY OF SOIL ON THE STABILITY OF RAILWAY EMBANKMENT
S u m m a r y
Water, which appears in the area of the construction of the railway or road embankment has a significant impact on condition of structure, especially on its stability. The article presents a nat- ural causes of water presence in the vicinity of soil structure. There is also explained presence of water caused by human activities. Author indicated the main causes of emergence the flood plain in areas of mining and presented key issues related to the design of soil structures. The main aim of the study was to analyze the numerical models of railway embankment in several different vari- ants. Author used the computer program Z_Soil for investigation. There were carried out numeri- cal analysis of railway embankment, which geometry and geotechnical parameters were consistent with project. The embankment is not stable, for this reason there was proposed the replacement the soil for better one. Numerical analysis confirmed that the embankment after exchanging soil is stable, but when there is an additional water load it stopped to be. Additionally, there was carried out numerical analysis of the embankments which are made of materials of different permeabil- ity(different permeability coefficient) has been carried. In both cases the embankment is not stable.
Next, author performed the minimum valuesof module, which make the embankments stable.
Based on the numerical analysis assessed the impact of soil permeability on the stability of the railway embankment. Embankments which are built with more permeable soil work better, exist- ing vertical displacements and stresses are lower, the structures are more resistant to water load.
Keywords: permeability coefficient, numerical model, factor of safety, constitutive model, Young’s modulus
DOI:10.7862/rb.2014.65
Przesłano do redakcji: lipiec 2014 r.
Przyjęto do druku: wrzesień 2014 r.
